שקילת היתרונות והחסרונות של חומרי מארז

מארזים באים בסגנונות, גדלים וצורות רבים, אך החומר ממנו עשוי המארז הוא לעתים קרובות השיקול הראשון בעת מיקור מוצר חדש, וככל הנראה הגורם החשוב ביותר בביצועי המארז. הכרת חומרים נפוצים הוא חיוני לתכנון, מיקור ותחזוקה של מכלולי חשמל ואלקטרוניקה.

באופן כללי, ניתן לחלק חומרי מארז לקטגוריות מתכתית ולא מתכתית.

קטגוריה לא-מתכתית

רוב המארזים שאינם מתכתיים מיוצרים מפלסטיק, בדרך כלל ABS או פוליקרבונט, אך קטגוריה זו כוללת גם פיברגלס.

חומרים שאינם מתכתיים חדירים על ידי גלי תדר רדיו (RF) ומהווים בחירה טובה עבור התקני תקשורת אלחוטית שצריכים לשלוח ולקבל אותות בקלות. מהצד השני של המטבע, תכונה זו עלולה להיות מזיקה אם יש לשמור על ההתקן מבודד מהפרעות אלקטרומגנטיות (EMI‏) והפרעות תדר רדיו (RFI‏).

ABS

אקרילוניטריל בוטאדיאן סטירן, או ABS, הוא חומר תרמופלסטי שקל לעבד ולעצב. ABS הוא הפלסטיק המועדף לשימוש בתוך הבית ולמרות החיסכון היחסי שלו, הוא מציע עמידות טובה בפני פגיעות, עמידות בחום ורב-תכליתיות. בעוד שה-ABS למטרות כלליות (GPAB) הוא הסוג החסכוני ביותר, ABS מעכב בעירה (FRABS) זמין גם כן ומספק עיכוב בעירה ברמה בינונית-גבוהה (UL 94V-0).

מארזי ABS הם לרוב שחורים, אפורים או לבנים, אך וריאציות צבעוניות כמו צהוב, אדום וכחול אינן נדירות. ABS הוא קל לעיבוד מכונה ולשינוי. לרוע המזל הוא לא אידיאלי לשימוש כשנתון למכות וקשה ליצור ABS שקוף.

איור 1: מארזי פלסטיק ABS מסדרת 1551MINI של Hammond. מאחר ועם ABS שקיפות מלאה איננה אפשרית, נפוץ ABS שקוף למחצה או "חלבי". (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

פוליקרבונט

פוליקרבונט הוא כוכב הרוק של עולם הפלסטיק. מציע עמידות מעולה בפני פגיעות, תחום טמפרטורות עבודה רחב ועמידות בפני נזקי UV, הוא‏ הפלסטיק הנבחר עבור יישומי חוץ, ימיים ומכות-קשות רבים. פוליקרבונט מיוצב UV עמיד בפני דהיית צבע והפיכה לשביר עקב חשיפה לשמש, ובאופן טבעי הוא שקוף. בגלל זה הוא משמש לעתים קרובות במוצרים כמו עדשות משקפיים ושמשות מכוניות מרוץ, כמו גם מארזים באיכות גבוהה. פוליקרבונט נושא דירוגי עיכוב בעירה גבוהים. כמצופה, פוליקרבונט הוא אפוא אופציה פחות חסכונית מ-ABS, במיוחד בתחילת פרויקט, אבל תוחלת החיים שלו, גם בתנאים קשים, יכולה לחסוך עלויות בטווח הארוך.

איור 2: מארזי פלסטיק פוליקרבונט שקוף מסדרת 1591T של Hammond. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

פיברגלס

פוליאסטר מחוזק פיברגלס, בקיצור FRP או GRP, מורכב מפלסטיק פוליאסטר מחוזק בסיבי זכוכית. FRP, כמו פוליקרבונט,‏ מתאים לשימוש חוץ, עם עמידות טובה למכות ותחום טמפרטורות עבודה רחב, רחב יותר אפילו מפוליקרבונט. עם זאת, הוא עשוי להיות נתון לדהיית צבע על ידי חשיפה לקרינת UV. בגלל ההרכב שלו, FRP יכול לפזר חלקיקי זכוכית בעת חיתוך ונדרשים PPE וכלים מיוחדים לשינויו.

גם פוליקרבונט וגם FRP מציעים עמידות כימית טובה, ושניהם אידיאליים לשימוש בסביבות מלוחות. FRP עמיד בפני ממסים וחומצות ובסיסים מדוללים. פוליקרבונט עומד היטב בפני חומצות וממסים וחומרים אלקליים מסוימים. חקור תמיד את הסיכון הספציפי לפני בחירת חומר.

איור 3‏: מארז פוליאסטר מחוזק פיברגלס, מק"ט Hammond‏ 1590ZGRP084. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

מתכתיים

בניגוד למארזים שאינם מתכתיים, מארזים העשויים ממתכת הם בעלי תכונות סיכוך טובות יותר מפני RFI‏ ו-EMI‏. מגע מתכת-למתכת הוא חיוני לסיכוך מלא כמו גם הארקה, תהליך שהוא נדרש עבור בטיחות כשעוסקים בהתקנים חשמליים בתוך המארז. חומרים מתכתיים הם באופן כללי מקובלים לשימוש חוץ והם בעלי עמידות טובה למכות.

עם מתכות, חשוב לשים לב לקורוזיה גלוונית, הנקראת גם קורוזיה מתכתית שונה (dissimilar metal corrosion). אם שתי מתכות שונות נמצאות במגע אחת עם השנייה, האחת שהיא "בסיסית" יותר, או מוותרת על האלקטרונים שלה בקלות רבה יותר, תתחיל להחליד בקצב‏ מואץ ולגרום לנזק מבני כמו גם אסתטי. לדוגמה, על המשתמשים להיזהר שלא להשתמש בברגים מצופים אבץ או במחבר פלדה מגולוונת עם מארז העשוי מפלדת אל-חלד.

אלומיניום

אלומיניום הוא מתכת לא ברזלית חזקה למרות היותו יחסית חומר קל-משקל. בנוסף למגוון הצורות בו הוא יכול להופיע כגון משטח אלומיניום, אלומיניום משוחל (extruded aluminum) ואלומיניום יצוק (Diecast), יש לו גם תכונות שונות בהתאם לסגסוגת בה משתמשים. סגסוגת‏ עשויה מהחומר הבסיסי (אלומיניום) ועוד מתכות או יסודות אחרים. סגסוגות מסוימות הן חזקות יותר מאחרות, או ניתנות יותר למתיחה, או מקבלות יותר גימורים מסוימים, וכך הלאה.

אלומיניום הוא קל לעיבוד ולמתן צורה, והוא החומר המתכתי הזול ביותר עבור מארזים.

אלומיניום יצוק (Diecast)

מארזי יציקת אלומיניום (Diecast) מיוצרים על ידי יציקת מתכת מותכת לתוך מבלטים מעוצבים (הנקראים גם cavities). יציקת מתכת מותכת לתוך מבלטים מעוצבים (Diecasting) היא הטובה ביותר עבור מארזים קטנים עד בינוניים, כך שמוצרים גדולים יותר נוטים להשתמש במשטח מתכת במקום מתכת יצוקה. התהליך מהיר ומייצר מוצר עקבי. למארזי יציקת אלומיניום (Diecast), כמו גם למארזי פלסטיק יצוקים בהזרקה, יש תכונה שנקראת זווית draft. קירות התיבה חייבים להיות בזווית קלה כלפי חוץ, כך שהמארז ניתן יהיה להסרה בקלות מהתבנית. לכן קירות מארזי אלומיניום יצוקים (Diecast) יהיו בעלי שיפוע של כמה מעלות.

איור 4‏: תמונה של מארז אלומיניום יצוק (Diecast) דפנות מעובים, מק"ט Hammond‏ 1590Z110. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

אלומיניום משוחל (Extruded)

שיחול כרוך גם כן באלומיניום מותך ותבנית,‏ אך במקום מילוי חלל, אלומיניום משוחל‏ מאולץ לעבור דרך התבנית כדי לקבל צורה מסוימת, ובכך ליצור חתיכות ארוכות מאוד של שיחול שנחתכות לאחר מכן לגודל. מארזי אלומיניום משוחל (Extruded aluminum) עשויים בדרך כלל מצינור משוחל וכיסויי קצה ממתכת או פלסטיק.‏ שיחול חתיכות גדולות הניתנות לחיתוך מועיל ליצרן, שיכול להחזיק מלאי של צינורות ולספק מגוון אורכי מארז לפי דרישה.

מארזי אלומיניום משוחל (Extruded aluminum) אצל Hammond מסופקים עם גימור‏ מאולגן (anodize finish). אלגון הוא‏ תהליך המגדיל את עובי שכבת התחמוצת של המארז והופך את המשטח לעמיד יותר. אלגון (Anodize) ניתן ליישם במגוון צבעים. סגסוגות אלומיניום מסוימות מגיבות היטב לאלגון ואחרות לא; בעוד מארזים משוחלים (Extruded) של Hammond ניתנים לאלגון, מארזי יציקת אלומיניום (Diecast) לא ניתנים ובמקום זה הם מצופים באבקה.

איור 5‏: מארז אלומיניום משוחל (extruded aluminum) עם אלגון (anodize) כחול (מורכב). מק"ט Hammond‏ 1455L1201BU. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

איור 6‏: מארז האלומיניום המשוחל של איור 5‏ עם גימור אלגון (anodize) כחול מוצג מפורק. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

משטח אלומיניום

משטחי אלומיניום ניתנים לחיתוך וקיפול כדי ליצור מארזים ולוחות. בניגוד לשיחול ויציקה, שמוגבלים על ידי תכונות הכלים והמידות, ניתן להכין תכני מארז רבים ממשטח מתכת מקופל. משטחי אלומיניום, במיוחד דקים יותר, אינם תומכים במשקל חריג, וניתן לצפות שהמשטח יתכופף או יתעקם אם הוא עמוס יתר על המידה.

איור 7: פנים מארז אלומיניום מקופל מסדרת 1444 של Hammond. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

פלדה

פלדה היא חומר נפוץ ואמין בתעשיות רבות. פלדה היא סגסוגת ברזל (עשויה מברזל משולב עם פחמן). משטחי פלדה משמשים לבניית מארזים ופאנלים, עם מגוון סוגי פלדה לבחירה בהתאם ליישום. פלדה היא כבדה יותר מאלומיניום ופלדת אל-חלד בפרט יכולה להיות יקרה יותר.

פלדה דלת פחמן

פלדה דלת פחמן היא בעלת תכולת פחמן נמוכה יותר ‏מפלדה סטנדרטית‏ וקלה יותר לעיצוב וריתוך. פלדה דלת פחמן היא בעלת עלות נמוכה ורב-תכליתית, אך מתחמצנת במזג אוויר אלא אם היא כוללת גימור. זו הסיבה שלמארזי פלדה דלת פחמן יש גימור ציפוי אבקה, לעומת מארזי פלדת אל-חלד או אלומיניום שניתן למצוא אותם טבעיים או עם פחות גימור. פלדה דלת פחמן טבעית ניתנת לשימוש כלוחות פנימיים, מכיוון שהם לא ייחשפו לאיתני הטבע.

איור 8‏: מארז פלדה דלת פחמן עם גימור ציפוי אבקה אפור בהיר, מק"ט Hammond ‏ST12126LG. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

פלדה מגולוונת

פלדה מגולוונת‏ עשויה על ידי טבילת פלדה בציפוי אבץ. זה מגן על המשטח העשיר בברזל של הפלדה מפני קורוזיה מהירה. פלדה מגולוונת אינה עמידה היטב בפני כימיקלים סופר קורוזיביים או סביבות ימיות. פלדה מגולוונת היא חומר נפוץ בלוחות פנימיים ומארזים מסחריים לשימושי פנים כלליים. כשמצופה אבקה, ניתן להשתמש בה בחוץ בתנאים קלים.

פלדת אל-חלד

פלדת אל-חלד‏ היא סגסוגת ברזל המכילה כרומיום, מה שמקנה לה תכונות עמידות בפני קורוזיה. דרגות שונות של פלדת אל-חלד ניתן ליצור על ידי הכללת יסודות נוספים. פלדת אל-חלד עמידה בפני חלודה ואין צורך בגימור שלה. היא עמידה מאוד בפני חומצות, חומרים אלקליים וממסים, בעלת ביצועים מעולים בחוץ,‏ היא קלה לניקוי מה שהופך אותה לאידיאלית לסביבות היגייניות כמו יישומים רפואיים או מזון ומשקאות בהן המארז יישטף לעתים קרובות.

שתי הדרגות הנפוצות ביותר של פלדת אל-חלד הן:

• 304 - זו הדרגה הנפוצה ביותר של פלדת אל-חלד.
• 316 – זו דרגה מיוחדת יותר המציעה את כל היתרונות הנ"ל של פלדת אל-חלד ועוד עמידות נוספת בפני קורוזיה, הודות ליסוד המוליבדן. פלדת אל-חלד 316 היא‏ מצוינת בסביבות ימיות.

איור 9‏: מארז פלדת אל-חלד עצמאי, מק"ט Hammond‏ HN4FS726036SS. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

דירוגים וחומרים

דירוג המארז והחומר ממנו עשוי הולכים יד ביד, כיוון שמערכות דירוג כמו NEMA‏, UL‏ ו-IP‏ שופטות מארז על סמך ביצועיו בתנאים שונים.

NEMA - מערכת הדירוג הנפוצה ביותר עבור מארזים תעשייתיים וחשמליים, סוגי NEMA מתארים אם המארז מיועד לשימושי פנים או חוץ, אם הוא עמיד בפני קורוזיה, וכיצד הוא מתפקד נגד סכנות כמו מים ולכלוך. כמה סוגי NEMA נפוצים כוללים:

• 12 & 13 – שימושי פנים, עם הגנה מסוימת מפני לכלוך וטפטוף מים
• 3R‏ – שימושי פנים או חוץ, עם הגנה מפני לכלוך ומזג-אוויר רטוב (גשם, גשם-שלג, שלג)
• 4‏ – שימושי פנים או חוץ, הגנה טובה מפני לכלוך, מזג-אוויר רטוב והתזה או מים מכווני צינור
• 4X‏ – דומה ל-4‏ אך עם התוספת של‏ עמידות בפני קורוזיה

איור 10‏:‏ אטם סיליקון כחול היגייני מצפה את היקף הדלת של מארז פלדת אל-חלד מסדרת HYW של Hammond. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

הגנת חדירות (IP‏) – דירוגי IP‏ נקבעים על ידי ה-International Electrotechnical Commission‏ (IEC‏). IP הוא העגה האופיינית יותר עבור מארזים אלקטרוניים, אבל יש הצלבה בין דירוגי IP ו-NEMA. הספרה הראשונה של דירוגי IP מתייחסת לאטימות לאבק, בעוד הספרה השנייה מתייחסת לאטימות למים. כמה דירוגי IP נפוצים כוללים:

• IP54 – מוגן אבק, עם הגנה מפני התזת מים
• IP65‏ – דירוג מינימלי הנחשב אטום למים, הדירוג המינימלי המומלץ לשימוש חוץ, אטום לאבק, עם הגנה מפני סילוני מים
• IP66 – אטום לאבק, עם הגנה מפני סילוני מים רבי עוצמה
• IP67 - אטום לאבק, עם הגנה מפני טבילה זמנית במים
• IP68 - אטום לאבק, עם הגנה מפני טבילה מתמשכת במים

רישום UL - מוצרים הרשומים ב-UL נבדקים על-ידי מעבדות עצמאיות. מארזים מוחזקים לפי התקנים המפורטים תחת UL 508A. לא תהיה חדירת מים בין בדיקות; אחרת, המוצר נכשל מלהפוך לרשום UL. גורמים אחרים, כמו עקביות חומרים, תהליכי מפעל, עמידות UV‏ ודירוג דליקות נלקחים בחשבון. רישום UL‏ הוא אינדיקטור חשוב של איכות ביצועים ובטיחות.

איור 11‏: תווית מדבקת UL בתוך מארז פוליקרבונט רשום UL, מק"ט Hammond ‏1554C2GYCL. (מקור תמונה: Hammond Manufacturing)

סיכום

תכנון מכלול חשמלי או אלקטרוני יכול לבוא עם הרבה שיקולים, אך יש לקוות שסקירה זו של חומרי המארז והדירוגים תעזור לייעל את בחירת המארז.

באם היישום דורש קופסת פלסטיק פשוטה למתג כף יד או ארון חסון עשוי מפלדת אל-חלד החייב לעמוד באוויר מלוח על מזח, בתי מכלול הם ללא ספק חלק חיוני של כל מכלול.